A Western lifestyle with high salt consumption can lead to hypertension and cardiovascular disease. High salt may additionally drive autoimmunity by inducing T helper 17 (TH17) cells, which can also contribute to hypertension. Induction of TH17 cells depends on gut microbiota; however, the effect of salt on the gut microbiome is unknown. Here we show that high salt intake affects the gut microbiome in mice, particularly by depleting Lactobacillus murinus. Consequently, treatment of mice with L. murinus prevented salt-induced aggravation of actively induced experimental autoimmune encephalomyelitis and salt-sensitive hypertension by modulating TH17 cells. In line with these findings, a moderate high-salt challenge in a pilot study in humans reduced intestinal survival of Lactobacillus spp., increased TH17 cells and increased blood pressure. Our results connect high salt intake to the gut–immune axis and highlight the gut microbiome as a potential therapeutic target to counteract salt-sensitive conditions. High salt intake changed the gut microbiome and increased TH17 cell numbers in mice, and reduced intestinal survival of Lactobacillus species, increased the number of TH17 cells and increased blood pressure in humans. The role of the gut microbiota in human disease is becoming increasingly recognized. In this study, Dominik Müller and colleagues report that a diet high in salt alters the composition of the gut microbiota in mice, causing pronounced depletion of the commensal Lactobacillus murinus and reduced production of indole metabolites. Previous work has suggested that a high salt diet leads to the generation of pathogenic T helper 17 (TH17) cells, which have been linked to hypertension and autoimmunity. The authors show that treatment of mice on a high salt diet with L. murinus prevents salt-induced aggravation of actively induced autoimmune encephalomyelitis and salt-sensitive hypertension, through the suppression of TH17 cells. In a pilot study in a small number of humans, the authors also show that high-salt challenge induces an increase in blood pressure and TH17 cells, associated with a reduction in Lactobacillus in the gut. However, future work is required to determine whether the findings for mice are translatable to humans.

RIPK1 is shown to have a crucial role—independent of its known kinase function—in suppressing epithelial cell apoptosis and necroptosis in mice, thereby regulating homeostasis and preventing inflammation in barrier tissues. Receptor-interacting protein 1 kinase (RIPK1) is involved in the activation of various cell death pathways and in the control of inflammatory signalling. Two separate groups reporting in this issue use contrasting techniques to show that as well as promoting cell death, RIPK1 has a paradoxical function in supporting the survival of mouse epithelial cells that is independent of its kinase function. RIPK1 suppresses epithelial cell apoptosis and necroptosis by preventing FADD/caspase-8-mediated apoptosis and RIPK3-dependent necroptosis. These findings, together with genetic data, suggest that RIPK1 is a master regulator of epithelial cell survival, homeostasis and inflammation in the intestine and the skin. Necroptosis has emerged as an important pathway of programmed cell death in embryonic development, tissue homeostasis, immunity and inflammation1,2,3,4,5,6,7,8. RIPK1 is implicated in inflammatory and cell death signalling9,10,11,12,13 and its kinase activity is believed to drive RIPK3-mediated necroptosis14,15. Here we show that kinase-independent scaffolding RIPK1 functions regulate homeostasis and prevent inflammation in barrier tissues by inhibiting epithelial cell apoptosis and necroptosis. Intestinal epithelial cell (IEC)-specific RIPK1 knockout caused IEC apoptosis, villus atrophy, loss of goblet and Paneth cells and premature death in mice. This pathology developed independently of the microbiota and of MyD88 signalling but was partly rescued by TNFR1 (also known as TNFRSF1A) deficiency. Epithelial FADD ablation inhibited IEC apoptosis and prevented the premature death of mice with IEC-specific RIPK1 knockout. However, mice lacking both RIPK1 and FADD in IECs displayed RIPK3-dependent IEC necroptosis, Paneth cell loss and focal erosive inflammatory lesions in the colon. Moreover, a RIPK1 kinase inactive knock-in delayed but did not prevent inflammation caused by FADD deficiency in IECs or keratinocytes, showing that RIPK3-dependent necroptosis of FADD-deficient epithelial cells only partly requires RIPK1 kinase activity. Epidermis-specific RIPK1 knockout triggered keratinocyte apoptosis and necroptosis and caused severe skin inflammation that was prevented by RIPK3 but not FADD deficiency. These findings revealed that RIPK1 inhibits RIPK3-mediated necroptosis in keratinocytes in vivo and identified necroptosis as a more potent trigger of inflammation compared with apoptosis. Therefore, RIPK1 is a master regulator of epithelial cell survival, homeostasis and inflammation in the intestine and the skin.

Dysbiosis of the intestinal microbiota is associated with Crohn's disease (CD). Functional evidence for a causal role of bacteria in the development of chronic small intestinal inflammation is lacking. Similar to human pathology, TNF(deltaARE) mice develop a tumour necrosis factor (TNF)-driven CD-like transmural inflammation with predominant ileal involvement.Heterozygous TNF(deltaARE) mice and wildtype (WT) littermates were housed under conventional (CONV), specific pathogen-free (SPF) and germ-free (GF) conditions. Microbial communities were analysed by high-throughput 16S ribosomal RNA gene sequencing. Metaproteomes were measured using LC-MS. Temporal and spatial resolution of disease development was followed after antibiotic treatment and transfer of microbial communities into GF mice. Granulocyte infiltration and Paneth cell function was assessed by immunofluorescence and gene expression analysis.GF-TNF(deltaARE) mice were free of inflammation in the gut and antibiotic treatment of CONV-TNF(deltaARE) mice attenuated ileitis but not colitis, demonstrating that disease severity and location are microbiota-dependent. SPF-TNF(deltaARE) mice developed distinct ileitis-phenotypes associated with gradual loss of antimicrobial defence. 16S analysis and metaproteomics revealed specific compositional and functional alterations of bacterial communities in inflamed mice. Transplantation of disease-associated but not healthy microbiota transmitted CD-like ileitis to GF-TNF(deltaARE) recipients and triggered loss of lysozyme and cryptdin-2 expression. Monoassociation of GF-TNF(deltaARE) mice with the human CD-related Escherichia coli LF82 did not induce ileitis.We provide clear experimental evidence for the causal role of gut bacterial dysbiosis in the development of chronic ileal inflammation with subsequent failure of Paneth cell function.

Gut microbial dysbiosis is associated with the development of autoimmune disease, but the mechanisms by which microbial dysbiosis affects the transition from asymptomatic autoimmunity to inflammatory disease are incompletely characterized. Here, we identify intestinal barrier integrity as an important checkpoint in translating autoimmunity to inflammation. Zonulin family peptide (zonulin), a potent regulator for intestinal tight junctions, is highly expressed in autoimmune mice and humans and can be used to predict transition from autoimmunity to inflammatory arthritis. Increased serum zonulin levels are accompanied by a leaky intestinal barrier, dysbiosis and inflammation. Restoration of the intestinal barrier in the pre-phase of arthritis using butyrate or a cannabinoid type 1 receptor agonist inhibits the development of arthritis. Moreover, treatment with the zonulin antagonist larazotide acetate, which specifically increases intestinal barrier integrity, effectively reduces arthritis onset. These data identify a preventive approach for the onset of autoimmune disease by specifically targeting impaired intestinal barrier function.

The microbiota and the gastrointestinal mucus layer play a pivotal role in protection against non-typhoidal Salmonella enterica serovar Typhimurium (S. Tm) colitis. Here, we analyzed the course of Salmonella colitis in mice lacking a functional mucus layer in the gut. Unexpectedly, in contrast to mucus-proficient littermates, genetically deficient mice were protected against Salmonella-induced gut inflammation in the streptomycin colitis model. This correlated with microbiota alterations and enrichment of the bacterial phylum Deferribacteres. Using gnotobiotic mice associated with defined bacterial consortia, we causally linked Mucispirillum schaedleri, currently the sole known representative of Deferribacteres present in the mammalian microbiota, to host protection against S. Tm colitis. Inhibition by M. schaedleri involves interference with S. Tm invasion gene expression, partly by competing for anaerobic electron acceptors. In conclusion, this study establishes M. schaedleri, a core member of the murine gut microbiota, as a key antagonist of S. Tm virulence in the gut.

Microbiome research is hampered by the fact that many bacteria are still unknown and by the lack of publicly available isolates. Fundamental and clinical research is in need of comprehensive and well-curated repositories of cultured bacteria from the intestine of mammalian hosts. In this work, we expanded the mouse intestinal bacterial collection ( www.dsmz.de/miBC ) to 212 strains, all publicly available and taxonomically described. This includes the study of strain-level diversity, small-sized bacteria, and the isolation and characterization of the first cultured members of one novel family, 10 novel genera, and 39 novel species. We demonstrate the value of this collection by performing two studies. First, metagenome-educated design allowed establishing custom synthetic communities (SYNs) that reflect different susceptibilities to DSS-induced colitis. Second, nine phylogenetically and functionally diverse species were used to amend the Oligo-Mouse Microbiota (OMM)12 model [Brugiroux et al. 2016 Nat Microbiol]. These strains compensated for differences observed between gnotobiotic OMM12 and specific pathogen-free (SPF) mice at multiple levels, including body composition and immune cell populations ( e . g ., T-cell subtypes) in the intestine and associated lymphoid tissues. Ready-to-use OMM stocks are available to the community for use in future studies. In conclusion, this work improves our knowledge of gut microbiota diversity in mice and enables functional studies via the modular use of isolates.

Gut microbiota is responsible for essential functions in human health. Several communication axes between gut microbiota and other organs via neural, endocrine, and immune pathways have been described, and perturbation of gut microbiota composition has been implicated in the onset and progression of an emerging number of diseases. Here, we analyzed peripheral nerves, dorsal root ganglia (DRG), and skeletal muscles of neonatal and young adult mice with the following gut microbiota status: a) germ-free (GF), b) gnotobiotic, selectively colonized with 12 specific gut bacterial strains (Oligo-Mouse-Microbiota, OMM12), or c) natural complex gut microbiota (CGM). Stereological and morphometric analyses revealed that the absence of gut microbiota impairs the development of somatic median nerves, resulting in smaller diameter and hypermyelinated axons, as well as in smaller unmyelinated fibers. Accordingly, DRG and sciatic nerve transcriptomic analyses highlighted a panel of differentially expressed developmental and myelination genes. Interestingly, the type III isoform of Neuregulin1 (NRG1), known to be a neuronal signal essential for Schwann cell myelination, was overexpressed in young adult GF mice, with consequent overexpression of the transcription factor Early Growth Response 2 (

Summary Hexokinases (HK) catalyze the first step of glycolysis and thereby limit its pace. HK2 is highly expressed in the gut epithelium, plays a role in immune responses and is upregulated in inflammation and ulcerative colitis 1–3 . Here, we examined the microbial regulation of HK2 and its impact on intestinal inflammation by generating mice lacking HK2 specifically in intestinal epithelial cells ( Hk2 Δ IEC ). Hk2 Δ IEC mice were less susceptible to acute intestinal inflammation upon challenge with dextran sodium sulfate (DSS). Analyzing the epithelial transcriptome from Hk2 Δ IEC mice during acute colitis revealed downregulation of cell death signaling and mitochondrial dysfunction dependent on loss of HK2. Using intestinal organoids derived from Hk2 Δ IEC mice and Caco-2 cells lacking HK2, we identified peptidyl-prolyl cis-trans isomerase (PPIF) as a key target of HK2-mediated regulation of mitochondrial permeability and repression of cell-death during intestinal inflammation. The microbiota strongly regulated HK2 expression and activity. The microbially-derived short-chain fatty acid (SCFA) butyrate repressed HK2 expression and oral supplementation protected wildtype but not Hk2 Δ IEC mice from DSS colitis. Our findings define a novel mechanism how butyrate may act as a protective factor for intestinal barrier homeostasis and suggest targeted HK2 inhibition as a promising therapeutic avenue in intestinal inflammation.

ABSTRACT Crohn’s disease (CD) is associated with changes in the microbiota, and murine models of CD-like ileo-colonic inflammation depend on the presence of microbial triggers. Increased abundance of unknown Clostridiales and the microscopic detection of filamentous structures close to the epithelium of Tnf ΔARE mice pointed towards segmented filamentous bacteria (SFB), a commensal well-known to induce the maturation of Th17 cell-derived immune responses that is highly implicated in the pathogenesis of IBD. We show that the abundance of SFB strongly correlates with the severity of CD-like ileal inflammation in Tnf ΔARE and SAMP/Yit mice. SFB mono-colonization of germ-free Tnf ΔARE mice confirmed the causal link and resulted in severe ileo-colonic inflammation, characterized by elevated tissue levels of Tnf and Il-17 , neutrophil infiltration and loss of Paneth and goblet cell function. Co-colonization of SFB in human-microbiota associated Tnf ΔARE mice confirmed that SFB presence is indispensable for disease development. Screening of 412 ileal and colonic mucosal biopsies from IBD patients using previously published and newly designed human SFB-specific primer sets showed no presence of SFB in human tissue samples. Simulating the protective effect of exclusive enteral nutrition (EEN) by feeding SFB mono-colonized Tnf ΔARE mice EEN-like purified diet antagonized SFB colonization and prevented disease development in Tnf ΔARE mice, clearly demonstrating the important role of diet in modulating this IBD-related but murine pathobiont.

Abstract Inflammation has a pronounced impact on the intestinal ecosystem by driving an expansion of facultative anaerobic bacteria at the cost of obligate anaerobic microbiota. This pathogen “blooming” is also a hallmark of enteric Salmonella enterica serovar Typhimurium ( S . Tm) infection. Here, we analyzed the contribution of bacterial and host factors to S . Tm “blooming” in a gnotobiotic mouse model for S. Tm-induced enterocolitis. Mice colonized with the Oligo-Mouse-Microbiota (OMM 12 ), a minimal bacterial community, develop fulminant colitis by day 4 after oral infection with wild type S . Tm but not with an avirulent mutant. Inflammation leads to pronounced reduction in overall intestinal bacterial loads, distinct microbial community shifts and pathogen blooming (relative abundance >50%). S. Tm mutants attenuated in inducing gut inflammation generally elicit less pronounced microbiota shifts and reduction in total bacterial loads. In contrast, S. Tm mutants in nitrate respiration, salmochelin production and ethanolamine utilization induced strong inflammation and S . Tm “blooming”. Therefore, individual Salmonella -specific inflammation-fitness factors seem to be of minor importance for competition against this minimal microbiota in the inflamed gut. Finally, we show that antibody-mediated neutrophil depletion normalized gut microbiota loads but not intestinal inflammation or microbiota shifts. This suggests that neutrophils equally reduce pathogen and commensal bacterial loads in the inflamed gut.